DE2720163A1

DE2720163A1 - Viskositaetsfreilaufkupplung

Info

Publication number: DE2720163A1
Application number: DE19772720163
Authority: DE
Inventors: Thomas H Tinholt
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1976-05-06
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1977-11-17
Also published as: FR2350507A1; US4046239A; JPS52139861A; IT1077934B

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

ELFENSTRASSE 3i · D-8000 MÜNCHEN ta

76-MAR-317

EATON CORPORATION 100, Erieview Plaza, Cleveland, Ohio 44114, V.St.A.

Viskositätsfreilaufkupplung

FERNSPRECHER: 0ii9/6012039 · KABEL. ELECTRICPATENT MÜNCHEN

272Ü163

Die Erfindung betrifft Viskositätsantriebskupplungen und Freilaufkupplungen.

Mechanische Freilauf- oder Überholkupplungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die derzeit verfügbaren Freilaufkupplungen sind infolge ihres komplizierten mechanischen Aufbaus allgemein kostspielig. Außerdem ist es schwierig, die Kupplungen einwandfrei zu schmieren, was ihre Lebensdauererwartung verkürzt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die mechanischen Kupplungen gegenüber Drehmomentspitzen empfindlich sind.Tritt an einer mechanischen Kupplung ein plötzlicher Drehmomentanstieg auf, kann die Kupplung zerstört werden.

Viskositätskupplungen führen zu einem Kupplungsmechanismus mit einfachem Aufbau. Ein Beispiel einer Viskositätskupplung ist aus der US-PS 3 329 246 bekannt. Diese Viskositätsscherkupplung weist zwei Bauteile auf, zwischen denen Drehmoment durch die Schereigenschaften eines viskosen Fluids übertragen wird.

Grundsätzlich sind diese Vorrichtung und andere bekannte Viskositätskupplungen so ausgebildet, daß Drehmoment von einem angetriebenen Bauteil auf ein nicht angetriebenes Bauteil unabhängig von der Richtung übertragen wird, in der das angetriebene Bauteil rotiert.

09846/ 1 Q7 ι

272Ü163

Wenn die Kupplung innerhalb eines Systems eingesetzt wird, das eine Antriebskraft nur unter bestimmten Bedingungen erfordert, kann die Kupplung als Energieableitung dienen. Wird die Kupplung beispielsweise verwendet, um Energie von einer Maschine auf ein Gebläse zu übertragen, sollte sie während der Startperiode keine Energie verbrauchen, sondern mit der Energieübertragung auf das Gebläse erst beginnen, wenn die Maschinendrehzahl ansteigt.

Mit der Erfindung soll eine Viskositätsfreilaufkupplung geschaffen werden, die Drehmoment nur in einer Drehrichtung überträgt. Es soll eine Viskositätsscher-Freilaufkupplung erhalten werden, die einen einfachen Aufbau hat und von langer Lebensdauer ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Allgemein weist die Kupplung nach der Erfindung ein Gehäuse auf, das eine Arbeitskammer bildet. In der Kammer ist ein kreisförmiges Bauteil drehbar gelagert. In einem der Bauteile ist ein Speicherraum ausgebildet, der eine gewisse Menge an viskosem Fluid aufnehmen kann. Das Gehäuse und das kreisförmige Bauteil sind mit in Abstand voneinander liegenden Flächen versehen, die zusammen einen Scherraum begrenzen, der

709846/107 1

viskoses Scherfluid aufnehmen kann.

Zwischen den Flächen -befindliches viskoses Fluid sorgt für einen Scherantrieb, der es erlaubt, Drehmoment zwischen dem Gehäuseteil und dem kreisförmigen Bauteil zu übertragen. Mehrere in Umfangsrichtung in Abstand voneinander liegende, radial verlaufende Durchlässe sind in dem kreisförmigen Bauteil ausgebildet, um für eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer und dem Speicherraum zu sorgen.

Entsprechend einem Merkmal der Erfindung sind auf einem der Bauteile Strömungsleitmittel angeordnet, die in einen Teil der Arbeitskammer hineinreichen. Die Strömungsleitmittel erlauben es, einen Druck in der Arbeitskammer benachbart den Strömungsleitmitteln zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform wird, wenn das kreisförmige Bauteil mit größerer Winkelgeschwindigkeit als das Gehäuse rotiert, Fluid aus dem Speicherraum herausgezogen, sodaß mehr Drehmoment durch viskose Scherkraft auf das Gehäuse übertragen werden kann. Wenn das Gehäuse rascher als das kreisförmige Bauteil rotiert, wird Fluid in den Speicherraum gedrückt, wodurch das Drehmoment vermindert wird, das durch viskose Scherkraft auf das Gehäuse übertragen wird. Wenn Fluid in den Speicherraum gepumpt wird, wird die Kupplung praktisch außer Eingriff gebracht.

7 09846/1071

2 7 2 Li 1 6 3

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels naher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Ausführungsform der Viskositätskupplung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kupplung nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Stirnansicht des kreisförmigen Bauteils der Kupplung nach Fig. 2, die die Strömungsleitmittel im einzelnen erkennen läßt.

Die als ganzes mit 10 bezeichnete Viskositätskupplung weist ein aus Metallguß gefertigtes Gehäuse 12 mit einem vorderen Gehäuseteil 14 und einem hinteren Gehäuseteil 1ό auf. Das vordere Gehäuseteil 14 ist entsprechend Fig. 1 mit 8 radial angeordneten Augen 18 und einer Reihe von Kühlrippen 20 versehen. Die Augen 18 sind so bearbeitet und durchbohrt, daß sie Schrauben 22 aufnehmen, die das vordere Gehäuseteil 12 mit dem hinteren Gehäuseteil 14 verbinden. Das hintere Gehäuseteil 14 weist Augen 26 auf, die so bearbeitet sind, daß sie eine zweite Folge von Schrauben 28 aufnehmen, die eine Riemenscheibe 30 mit dem hinteren Gehäuseteil verbinden. Das vordere und das hintere Gehäuseteil sind durch einen Dichtungsring 32 abgedichtet, wodurch innerhalb des Gehäuses 12 eine flüssigkeitsdichte

^Ί 0 9 8 4 6 / 1 0 7 ι

272U163

Kammer 34 ausgebildet wird.

Ein kreisförmiges Bauteil 36 ist innerhalb der flüssigkeitsdichten Kammer 34 des Gehäuses 12 gelagert. Das kreisförmige Bauteil 36 weist eine Nabe 38, einen ringförmigen Randabschnitt 40 und ein Speichenteil 42 auf, das die Nabe mit dem Randabschnitt verbindet. Der Randabschnitt 40 ist mit einem gerippten Teil versehen, der von mehreren, radial im Abstand voneinander liegenden, konzentrischen Ringen 46 gebildet wird, die von beiden Seiten des Randabschnitts axial vorstehen. Das vordere und das hintere Gehäuseteil sind mit komplementären konzentrischen Ringen 48 ausgestattet, die ausgehend von den Gehäuseteilen zwischen die Ringe 46 vorstehen. Die konzentrischen Ringe der Gehäuse teile und des kreisförmigen Bauteils bilden auf diese Weise eine Mehrzahl von ineinandergreifenden Ringen, die ein labyrinthartiges Gebilde entstehen lassen, durch das sich ein viskoses Fluid (Scherfluid) hindurchbewegen kann.

Das kreisförmige Bauteil 36 ist mit einem Speicherraum 50 ausgestattet, der von dem Speichenteil 42 und einem Deckel 52 begrenzt wird. Der Speicherraum 50 steht mit dem Labyrinthgebilde oder Scherraum über Durchlässe 54 in Verbindung, die in Radialrichtung durch den ringförmigen Randabschnitt des kreisförmigen Bauteils 36 hindurchreichen.

¹ 0 ^ct B 4 B / 1 0 7 l

" 272Ü163

Kleine rampenförmige Blöcke 56 sind am Umfang des kreisförmigen Bauteils 36 benachbart den Durchlässen 54 angebracht; sie ragen in eine Ringkammer 55 hinein. Die Kammer 55 kann von unterschiedlicher Größe sein; eine Kammer die größer als die Kammern ist, die normalerweise für Lüfter Viskositätsantriebe vorgesehen werden, ergibt eine Niederdrehmoment-Freilaufkupplung. Die Blöcke 56 wirken als Pumporgane. Wenn sich das Gehäuse 12 rascher als das kreisförmige Bauteil 36 bewegt, drücken oder pumpen die Blöcke 56 Fluid in die Durchlässe 54 und damit in den Speicherraum 50. Wie gezeigt, sind die Blöcke 56 am Umfang des kreisförmigen Bauteils 36 mittels Schrauben 58 angebracht. Es versteht sich, daß die Blöcke stattdessen in der Praxis auch durch Schweißen oder auf andere permanente Weise befestigt sein können. Außerdem ist es möglich, die Blöcke durch Angießen oder Anformen mit dem kreisförmigen Bauteil einteilig zu verbinden. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung haben die Blöcke eine erste, im wesentlichen radiale Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche, die schiefwinklig mit Bezug auf die Radien des kreisförmigen Bauteils verläuft. Bei der veranschaulichten Ausbildung wird an den Enden der Blöcke ein Fluidfilm aufgebaut, der ein Reiben verhindert und für eine selbstschmierende Anordnung sorgt. Es können aber auch andere Pumporgane vorgesehen sein, um die gewünschte Pumpwirkung zu erreichen.

709846/1071

2 7 2 Ü 1 6 3

Das kreisförmige Bauteil 36 ist mit einer durchgehenden Axialbohrung versehen, die eine Welle aufnehmen kann. Die Welle trägt die Kupplung 10 und dient der Aufnahme oder Übertragung von Energie über die Kupplung.

Das Gehäuse ist auf der Nabe 38 des kreisförmigen Bauteils 36 über ein Lager 62 drehbar montiert. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist als Lager 62 ein zweireihiges Kugellager vorgesehen, das mittels eines Halterings 64 an Ort und Stelle gehalten wird und das eine freie Relativdrehung zwischen dem Gehäuse 12 und dem kreisförmigen Bauteil 36 zuläßt.

An der Vorderseite des Gehäuses ist eine Dichtung 66 zwischen das vordere Gehäuseteil 14 und einen nach vorne stehenden Teil der Nabe 38 gepreßt, um die innerhalb des Gehäuses befindliche Kammer fluiddicht zu machen.

Die Arbeitsweise der Kupplung 10 ist im folgenden beispielshalber bei Anwendung in Verbindung mit einer Heißgasmaschine erläutert. Wenn eine Heißgasmaschine gestartet wird, muß ein Gebläse eingeschaltet werden, um Luft in eine Brennkammer zu drücken. Dies erfolgt normalerweise mit Hilfe eines Startermotors. Nachdem die Maschine zu arbeiten begonnen hat, wird die Antriebsenergie für das Gebläse von der Maschine geliefert. Bei Einsatz in einer Heißgasmaschine kann die beschriebene

709R46/1071

Kupplung auf einer Welle montiert werden, die von der Maschine Energie aufnimmt und das kreisförmige Bauteil dreht, wenn die Maschine arbeitet.

Während des Startens dreht der Startermotor das Gebläse und das Gehäuse über einen Keilriemen, der über die Riemenscheibe 30 läuft. Die Pumporgane pumpen viskoses Fluid aus dem Labyrinth heraus, wenn das Gehäuse rascher als das kreisförmige Bauteil rotiert. Infolgedessen überträgt die Viskositätskupplung während des Startens nur vernachlaßigbar wenig Drehmoment auf das kreisförmige Bauteil. Es wird eine Kupplung erhalten, die während des Startens nur sehr wenig Energie ableitet.

Wenn die Drehzahl der Maschine ansteigt, nimmt auch die Winkelgeschwindigkeit des kreisförmigen Bauteils 36 zu. Die Pumpwirkung der Blöcke 56 beginnt, Flüssigkeit aus dem Speicherraum 50 in die Arbeitskammer zu pumpen. Das in der Arbeitskammer befindliche viskose Fluid überträgt Drehkräfte von dem kreisförmigen Bauteil auf das Gehäuse und die Riemenscheibe, wodurch auf das Gebläse Energie übertragen wird, die die vom Startermotor gelieferte Energie ersetzt. Die Pumporgane pumpen Fluid aus dem Speicherraum heraus, bis die Drehzahl des Gehäuses ungefähr gleich der Drehzahl des kreisförmigen Bauteils ist und der Startermotor außer Eingriff gebracht werden kann.

^;0fi84R/ 1 07 ι

272Ü163

Bei der Verwendung der Kupplung können die Gehäuseteile oder das kreisförmige Bauteil den angetriebenen Teil der Kupplung bilden; vorzugsweise "enthält jedoch das Teil den Speicherraum, das stillsteht, wenn die Kupplung im Freilaufbetrieb arbeitet. Diese Ausbildung gestattet ein rascheres Pumpen und damit ein rascheres Ein- und Auskuppeln. ·

Die beschriebene Freilaufkupplung hat eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Sie ist widerstandsfähig gegenüber Drehmomentspitzen, die das viskose Fluid durch erhöhte Scherwirkung des Fluids absorbiert. Da zwischen den Kupplungsteilen keine mechanische Verbindung besteht, dämpft die Kupplung Vibrationen, die auf eines der Kupplungsteile übertragen werden.

9 RAR/1071

Leerseite

Claims

-Z-

.) Viskositätsantriebskupplung, gekennzeichnet durch ein eine Arbeitskammer bildendes Gehäuseteil, ein innerhalb der Arbeitskammer drehbar gelagertes kreisförmiges Bauteil, an dem Gehäuseteil und dem kreisförmigen Bauteil angeordnete, einander gegenüberstehende Flächen, die zwischen sich einen Scherraum begrenzen, ein innerhalb der Kupplung befindliches, mit den einander gegenüberstehenden Flachen unter Bildung eines Fluidscherantriebes zwischen dem Gehäuseteil und dem kreisförmigen Teil zusammenwirkendes Scherfluid, einen innerhalb eines der Bauteile angeordneten, mit dem Scherraum in Verbindung stehenden Fluidspeicherraum, sowie auf einem der Bestelle angeordnete Strömungsleitmittel, mittels deren Fluid aus dem Speicherraum in die Arbeitskammer ziehbar ist, wenn die Winkelgeschwindigkeit des den Speicherraum enthaltenden Bauteils in der einen Drehrichtung die Winkelgeschwindigkeit des anderen Bauteils in der gleichen Richtung übertrifft, und mittels deren Fluid in den Speicherraum pumpbar ist, wenn die Winkelgeschwindigkeit des den Speicherraum enthaltenden Bauteils in der einen Drehrichtung kleiner als die Winkelgeschwindigkeit des anderen Bauteils in der gleichen Richtung ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitmittel auf dem den Speicherraum enthaltenden Bauteil angeoranet sind.

0 9 8 £ 6" / 1 0 7

ORIGINAL INSPECTED
3. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisförmige Bauteil mehrere in Abstand voneinander angeordnete, radial verlaufende Durchlässe aufweist, die in dem kreisförmigen Bauteil benachbart den Strömungsleitmitteln ausgebildet sind und mit der Arbeitskammer sowie mit dem Speicherraum in Verbindung stehen.
4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisförmige Bauteil das angetriebene Bauteil bildet und der Speicherraum innerhalb des kreisförmigen Bauteils ausgebildet ist.
5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitmittel rampenförmige Blöcke aufweisen, die mit einer im wesentlichen radial verlaufenden ersten Stirnfläche und einer zweiten Stirnfläche versehen sind, die schiefwinklig bezüglich der Radien des kreisförmigen Bauteils verläuft, wobei die Blöcke derart nahe einem radial verlaufenden Durchlaß des kreisförmigen Buuteils angeordnet sind, daß Fluid in den Durchlaß und über diesen in den Speicherraum geleitet wird, wenn das Gehäuse rascher als das kreisförmige Bauteil rotiert.

709846/107
6. Fluidkupplung gekennzeichnet durch ein eine Arbeitskammer bildendes Gehäuseteil, ein in der Arbeitskammer drehbar gelagertes und einen ringförmigen Speicherraum bildendes, kreisförmiges Bauteil, an dem Gehäuseteil und dem kreisförmigen Bauteil in Abstand voneinander angeordnete, einander gegenüberstehende Flächen, die zwischen sich einen Scherraum begrenzen, ein in dem Scherraum und dem Speicherraum befindliches Scherfluid, das mit den einander in Abstand gegenüberstehenden Flächen unter Bildung eines Fluidscherantriebes zwischen den Bauteilen in Eingriff bringbar ist, mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, radial verlaufende, in dem kreisförmigen Bauteil ausgebildete Durchlässe, die mit der Arbeitskammer und dem Speicherraum in Verbindung stehen, sowie auf dem Außenumfang des kreisförmigen Bauteils benachbart den Durchlässen angeordnete Strömungsleitmittel, die einen Druck in der Arbeitskammer benachbart den Strömungsleitmitteln erzeugen, um das Fluid aus dem Speicherraum in die Arbeitskammer über die Durchlässe zu ziehen, wenn das kreisförmige Bauteil mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit als der Winkelgeschwindigkeit des Gehäuseteils rotiert, und um in der Arbeitskammer benachbart den Strömungsleitmitteln einen Druck zu erzeugen und Fluid aus der Arbeitskammer über die Durchlässe in den Speicherraum zu drücken, wenn das Gehäuseteil mit größerer Winkelgeschwindigkeit als das

^09846/107 ι

4 272Ü163

kreisförmige Bauteil rotiert.
7. Fluidkupplung nach.Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitmittel rampenförmige Blöcke aufweisen, die mit einer im wesentlichen radial verlaufenden ersten Stirnfläche und einer zweiten Stirnfläche versehen sind, die schiefwinklig bezüglich der Radien des kreisförmigen Bauteils verläuft, wobei die Blöcke derart nahe einem radial verlaufenden Durchlaß des kreisförmigen Bauteils angeordnet sind, daß Fluid in den Durchlaß und über diesen in den Speicherraum geleitet wird, wenn das Gehäuse rascher als das kreisförmige Bauteil rotiert.

709846/1071

ORIGINAL INSPECTED